V группа периодической системы

Цирконий—азот. Хансен указывает соединение ZrN, обладающее кубической решеткой типа NaCl с параметром 4,63 А. Фаст нашел, что цирконий поглощает до 20 атомн. % N2 и при рентгеноанализе не обнаруживает признаков образования химического соединения. Как и в случае кислорода, температура превращения возрастает. При 10 атомн. % N2 параметры решетки составляют: а=3,25 А, с=5,21А по сравнению с 3,223 и 5,123 А соответственно для чистого металла. В отличие от кислорода изменяются оба параметра, но отношение осей, как и в случае кислорода, увеличивается. Дювез и Оделл изучали двойные системы нитридов и карбидов некоторых металлов, включая цирконий. Двойная система нитридов ZrN—NbN образует непрерывный ряд твердых растворов, в то время как в системе ZrN—VN растворимость ZrN в VN меньше 1%, а растворимость VN в ZrN составляет примерно 5%.
Карбид титана TiC образует непрерывный ряд твердых растворов с ZrN, а система VC—ZrN обнаруживает весьма ограниченную растворимость. В системе NbC—ZrN не происходит каких-либо реакций при температуре воспламенения 2450°.
Сплавы циркония с мышьяком, сурьмой и висмутом. Опубликованных данных нет, за исключением указания, что цирконий растворяется в висмуте.
Цирконий—ванадий. Вальбаум обнаружил соединение ZrV2 с гексагональной решеткой типа MgZn2. Параметры равны: а=5,277 А и с-=8,647 А. Андерсон с сотр. изготовили в Горном бюро США [2] сплавы из ванадия чистотой 94—95% и губчатого циркония, содержащие от 0,8 до 7% V. Сплав с 0,8% V был однофазным, но сплав с 1,8% содержал эвтектику, которая занимала примерно 20% площади шлифа.
Сплав с 4,7% V почти полностью состоял из эвтектики, в то время как сплав с 7% V состоял из мелких частиц эвтектики и кристаллов светлой второй фазы.
Цирконий—ниобий. Сплавы циркония, содержащие до 12,9% Nb, были приготовлены Андерсоном и др. в Горном бюро CШA. Сплав с 0,6% Nb состоял в основном из видманштетто-вой структуры, которая обычно наблюдается при быстром охлаждении чистого циркония из области в, и небольшого количества второй фазы. Пфейль считает, что второй фазой является остаточная в.
Сплав с 5,1 % Nb состоит из больших зерен, заполненных мелкими иголками типа видманштеттовой структуры; в кованом сплаве внутри зерен рассеяны мелкие округлые частицы второй фазы. Литой сплав с 12,9% Nb состоит из очень крупных зерен, наполненных весьма мелкими папоротникообразными частицами, и представляется однофазным.
Литтон приготовлял сплавы циркония с ниобием путем вакуумной переплавки в графитовых тиглях. Добавка ниобия составляла от 2,5 до 27,5%. Микроструктура этих сплавов не описана.
Пфейль предполагает, что значения, полученные Литтоном для предела текучести его сплавов при 649°, а именно 68, 58 и 73 кг/мм2 для сплавов, содержащих 0,6; 5,0 и 12,72% Nb, соответственно, объясняются предположительно тем, что ниобий понижает температуру превращения циркония. Сплав, содержащий 5 атомн. % Nb, содержит значительное количество в-фазы при 649°, примерно такое, как при 15 атомн.% Ti в цирконии при той же температуре. Повидимому, ниобий сильнее понижает температуру превращения, чем титан.
Цирконий—тантал. Андерсон и другие в Горном бюро США приготовляли сплавы циркония с содержанием 1,2—30,3% Ta путем плавки губчатого циркония и обрезков тантала в графитовом тигле в вакууме. При добавлении тантала содержание углерода возросло от 0,14 до 0,44%. Сплав, содержащий 1,2% Ta, имеет микроструктуру, весьма сходную с чистым цирконием. Сплав с 5,3% Ta имеет аналогичную структуру, но границы зерен в-фазы лучше очерчены. Сплав с 9,7% Ta, по-видимому, является твердым раствором при температуре литья и двухфазным в твердом состоянии.
Сплав с 14,1% Ta содержит около 20% второй фазы, которая концентрируется по границам зерен, а при 20,8% Ta эта фаза занимает все поле. Андерсон и другие считают, что эта новая фаза представляет эвтектику, но Пфейль считает это маловероятным ввиду снижения твердости, указанной Андерсоном, и считает, что ,8-фаза может сохраняться до комнатной температуры в сплаве, содержащем 20,8% Ta. Сплав с 30,3% Ta состоит в основном из эвтектики плюс примерно 10% светлой составляющей в виде крупных деидритов. Пфейль считает возможным, что этот сплав в действительности состоит из в-твердого раствора с дендритами промежуточной фазы или твердого раствора, богатого танталом.
Механические свойства сплавов, содержащих 14% Ta при комнатной температуре и при 649°, были определены в Горном бюро США. Пфейль считает, что полученные результаты (37,5; 60; 67,4; 61,7 кг/мм2 для предела текучести при комнатной температуре и 7; 12,6; 12,0; 12,0 кг/мм2 при 650° для сплавов, содержащих 0,6; 0,8; 5,2; 7,7 атомн. % Ta соответственно) говорят в пользу предположения, что тантал стабилизирует в-фазу.
Литтон приготовил сплавы, содержащие до 27,5% Ta, путем плавки в графитовых тиглях. Микрофотография сплава, содержащего 12,5% Ta, представляет гомогенную структуру. Пфейль считает, что эта микроструктура может представлять остаточную в-фазу (хотя не обязательно стабилизированную) при комнатной температуре. Пфейль также считает, что имеющиеся данные указывают на то, что ниобий и тантал аналогичны по своему действию на понижение точки превращения.
Килер нашел, что цирконий, содержащий 2,7 атомн. % Ta, имеет интервал превращения между 807 и 852°, что указывает на понижение интервала превращения при добавке тантала.